工艺第10章 钢的表面淬火

余压应力。
钢的表面热处理
三、表面淬火方法
1、感应加热表面淬火 定义：利用感应电流通过工件产生的热效应，使工件表面局部加热， 然后快速冷却，获得马氏体组织的工艺。 原理：利用电磁感应原理，使工件表面产生感应电流（集肤效应）。 钢本身具有电阻，产生热效应，加热工件表面，而后冷却，实现表面淬火。 分类：高频加热淬火（100～500kHz）
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3、表面淬火后的性能
1）表面硬度
快速加热，激冷淬火后的工件表面硬度比普通加热淬火高。与加热温 度及加热速度有关，快速加热时奥氏体成分不均匀性、奥氏体晶粒及亚结构 细化。 2）耐磨性 快速表面淬火的耐磨性优于普通淬火的。与其奥氏体晶粒细化、奥氏 体成分的不均匀，表面硬度较高及表面压应力状态等因素有关。 3）疲劳强度 表面淬火可显著提高零件的抗疲劳性能。 原因：除与表层本身的强度增高外，主要是因为在表层形成很大的残
相同硬化层深度时，频率较高，比功率要小，频率
较低，比功率要大。
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●冷却方式和冷却介质的选择
喷射冷却法
浸液冷却法 埋油淬火法
对细、薄工件或合金钢齿轮，为减小变形、开裂，可将感应器与工
件同时放入油槽中加热，断电后冷却。 回火工艺 感应加热后一般只进行低温回火，以降低残余应力和脆性，而又 不降低硬度。 炉中回火： 150～180℃，1～2h；自回火
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2、火焰加热表面淬火
定义：用气体燃烧的火焰在工件表面上若干尺寸范围
内加热，达到淬火温度后立即冷却，从而得到预期的硬 度和淬硬层深度（2～6mm）的工艺。 优点：设备简单、使用方便、成本低； 不受工件体积大小的限制，可灵活使用； 淬火后表面清洁，无氧化、脱碳形象，变形小。 缺点：表面容易过热； 较难得到小于2mm的淬硬层深度。
中频加热淬火（500～10000Hz）
工频加热淬火（50Hz）

500 ~ 600 f
(m m)
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快速灵活的感应加热表面淬火
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工艺：
●设备频率的选择 主要根据硬化层深度来选择。 2500
2 ●比功率的选择（工件单位表面所吸收的电功率）
f
频率一定时，要求硬化层深，比功率要小；
这里所以出现马氏体加珠光体区，因快速加热时 淬火加热时沿截面温度的分布有关。 奥氏体是在一个温度区间、井非在一个恒定温度 形成的，其界限相当于沿截面温度曲线的奥氏体 原始组织为退火状态的共析钢： 介始形成温度及奥氏体形成终了温度。
淬火以后金相组织自表面向心部应分为三区，马氏体区 (M) 原始组织为正火状态的45钢： 较复杂，如果采用的是淬火烈度很大的淬火介质，淬火后其

一般分为三个部分。（1）内层。带蓝色，因供氧不足，燃烧不 完全，温度最低，有还原作用。称内焰或还原焰。（2）中层。 明亮。温度比内层高。（3）外层。无色。因供氧充足，燃烧完 全，温度最高，有氧化作用。称外焰或氧化焰。 或分为焰心、内焰和外焰，火焰温度由内向外依次增高。（1） 焰心。中心的黑暗部分，由能燃烧而还未燃烧的气体所组成。 （2）内焰。包围焰心的最明亮部分，是气体未完全燃烧的部分。 含着碳粒子，被烧热发出强光，并有还原作用，也称还原焰。 （3）外焰。最外面几乎无光的部分，是气体完全燃烧的部分。 含着过量而强热的空气，有氧化作用，也称氧化焰。
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感应加热表面淬火的特点：
●由于电磁感应和集肤效应，工件表面在极短时间内达到相变 临界点以上，而心部仍处于相变点以下。淬火后，由表及里为马氏 体、马氏体＋铁素体＋屈氏体、铁素体＋珠光体＋索氏体组织； ●工件表面为细小的隐晶马氏体组织，硬度较普通淬火高 （HRC2～3），脆性低，疲劳强度高，耐磨性高； ●不易氧化和脱碳，变形小； ●淬火层深度易于控制，易实现机械化和自动化。 缺点：设备费用昂贵，维修困难，形状复杂的感应器不易制 造，不适用单件生产。
表面淬火时的能量密度很高，钢处于非平衡加热，钢在非
平衡加热时有如下特点： 1）在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的增加而提高；
2）奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大；
3）提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒； 4）快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响。
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2、表面淬火的金相组织 钢件经表面淬火后的金相组织与钢种、淬火前的原始组织及
大电流） 4、电解液加热表面淬火
5、激光加热表面淬火
6、电子束（等离子）加热表面淬火 钢的表面热处理
表面淬火的应用：
表面淬火主要应用于中碳调质钢或球铁件；
高碳钢表面淬火后由于心部塑、韧性低，应用较少； 低碳钢表面淬火后强化效果不明显，很少应用。
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二、表面淬火工艺原理
1、钢在非平衡加热时的相变特点
(包括残余奥氏体)＋马氏体加珠光体 (M十P)＋珠光体 (P)区。
金相组织自表面向中心可分为四区，马氏体区(M)＋马氏体加铁
素体(M+F）＋马氏体加铁素体加珠光体区＋珠光体加铁素体。
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原始组织为调质状态45钢
由于回火索氏体为粒状渗碳体均匀分
布在铁素体基体上的均匀组织，淬火组织 也较均匀。 Ac1-Ac3温度区的淬火组织中，未溶铁素 体分布比较均匀； Ac1-至相当于调质回火温度区（C 区），由于其温度高于原调质回火温度而 又低于临界点，因此将发生进一步回火现 象。表面淬火将导致这一区域硬度下降。
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火焰结构及其特性：
火焰分三区：焰心、还原区及全
燃区。其中还原区温度最高。 火焰淬火可用下列混合气体作 为燃料。 煤气和氧气（1：0.6） 天然气和氧气（1：1.2至1：2.3） 丙烷和氧气（1：4至1：5） （温度最低，2650℃）
乙炔和氧气（1：1至1：1.5）
（温度最高，3100℃） 钢的表面热处理
表面淬火可提高硬度、耐磨性，与心部组织相配合，获
得强韧性、高疲劳强度。
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分类：
表面淬火的加热能量密度极高，因此，表面淬火常以供 给表面能量的形式不同而命名及分类。目前表面淬火可以分 成以下几类： 1、感应加热表面淬火 2、火焰加热表面淬火
3、电接触加热表面淬火－利用电阻发热进行加热（低电压
目 录

一、表面淬火的目的、分类及应用 二、表面淬火工艺原理

三、表面淬火方法
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一、表面淬火Biblioteka Baidu目的、分类及应用
定义：表面淬火是指被处理工件在表面有限深度范围内 加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范 围内达到淬火目的。 目的：表层为马氏体，心部为淬火前组织（调质或正火 状态）。表层硬度高，心部韧性好。 表面淬火是强化金属材料表面的重要手段之一。